Analyse af GIS-afbryderes drifts indvirkning på sekundærudstyr

Indflydelse af GIS-afbryderoperationer på sekundært udstyr og forholdsregler

1.Indflydelse af GIS-afbryderoperationer på sekundært udstyr
1.1 Effekter af kortvarige overspændinger
Under åbning/lukning af gasisolerede afbrydere (GIS) sker gentagne bueopløsninger og -udslukninger mellem kontakterne, hvilket fører til energiudveksling mellem systemets induktance og kapacitance, og genererer slukningsoverspændinger med størrelser 2–4 gange den nominale fasespænding og varigheder, der ligger mellem titusinder af mikrosekunder og flere millisekunder. Når korte busbarer opereres—hvor afbryderkontakternes hastighed er langsom, og der ikke findes nogen buelokkevirkning—producerer forekomster af præstriking og restriking meget hurtige overtransienter (VFTO).

VFTO spredes gennem interne GIS-ledere og beholder. Ved impedansdiskontinuiteter (f.eks. isolatorer, måletransformatorer, kabelslutninger) reflekterer, refrakterer og superponerer sig rejsende bølger, som forvrider bølgeformer og forstærker VFTO-toppe. Med stejle bølgefronts og nanosekunds-skala stigningstider inducerer VFTO kortvarige spændningsstigninger ved indgange til sekundært udstyr, hvilket kan skade følsomme elektronikkomponenter. Dette kan forårsage, at beskyttelsesrelæ mislykkes—hvad kan udløse ugrundede udløsninger—og forstyrre højpræcisions signalbehandling og datatransmission. Desuden forringes kommunikationsmoduler på grund af VFTO-genereret højfrekvent elektromagnetisk støj (EMI), hvilket øger bitfejlprocenten eller forårsager datatab, hvilket nedgraderer overvågnings- og kontrolfunktionerne i anlægget.

1.2 Beholderpotentialestigning
Da Kina udvider sine ultra-højspændings- (UHV) og ekstra-højspændingsnet (EHV), er elektromagnetisk støj fra GIS-afbryderoperationer blevet stadig mere alvorlig. Den koaksiale struktur af GIS—bestående af indre aluminium/kobberledere og ydre aluminium/stålbeholdere—viser fremragende højfrekvent transmission. På grund af skin-effekten flyder højfrekvente kortvarige strømme langs den ydre overflade af ledere og den indre overflade af beholderen, hvilket normalt forhindrer feltlækage og opretholder beholderen ved jordpotentiale under normale forhold.

Når VFTO-induceret kortvarige strømme imidlertid møder impedansdiskontinuiteter (f.eks. ved isolatorer eller kabelslutninger), finder delvis refleksion og refraction sted. Nogle spændingskomponenter koppler mellem beholderen og jorden, hvilket forårsager en øjeblikkelig potentialestigning på ellers jordet beholder. Dette udgør en risiko for personales sikkerhed og kan forringe isolationen mellem beholderen og de indre ledere, accelerere materialealdring og reducere udstyrets levetid. Desuden spredes dette forhøjede potentiale via kabler og forbundne enheder til sekundære systemer, hvilket inducerer EMI, der kan føre til falske udløsninger, datafejl eller endda interne nedbrud—direkte truer på effektiviteten af strømsystemet.

1.3 Elektromagnetisk støj (EMI)
I GIS-anlæg genererer afbryder/bryderoperationer og lynnedslag kortvarige elektromagnetiske felter, som påvirker sekundære systemer gennem konduktionskobling og strålingskobling.

• Konduktionsstøj opstår gennem måletransformatorer og forskelle i jordpotentiale. VFTO koppler fra primære til sekundære kredsløb gennem parasit kapacitance og induktance i transformatorer. De injiceres også i jordnettet gennem jordelektroder, hvilket forhøjer det hele jordpotentiale og skaber jordloop, der destabiliserer sekundært udstyr.

• Strålingsstøj forekommer, når kortvarige EM-felter propagerer gennem rummet og direkte kobler til sekundære kabler og enheder. Elektrisk feltkobling påvirker højimpedansknudepunkter, hvilket forårsager signalforsvinding eller falsk udløsning—specielt følsom overfor afstand, feltorientering og enhedsgeometri. Magnetisk feltkobling inducerer elektromotoriske krafter i kredsløbsloop ifølge Faradays lov; dens alvor afhænger af feltstyrke, ændringshastighed og loopareal.

1.4 Mekaniske vibrationsindvirkninger
Afbryderoperationer inducerer mekaniske vibrationer pga. kontaktimpact, friktion og elektromagnetiske kræfter under tænd/sluk-handlinger. Hurtig separation under åbning eller kraftfuld engagement under lukning genererer chokbølger, der vibrerer GIS-strukturen. Transmission gennem forbindelser og gear viderefører vibrationer til nabostående sekundært udstyr.

Disse vibrationer kan løsne mekaniske fastgørelser, forringe elektriske forbindelser, øge målefejl eller—under ekstreme betingelser—forårsage kortslutninger. Langtidsuddannelsen fremskynder aldringen af både mekaniske og elektroniske komponenter, formindsker udstyrelsens levetid og kompromitterer pålideligheden.

2.Forholdsregler til beskyttelse af sekundært udstyr
2.1 Optimeret GIS-strukturel design

• Materialevalg: Brug SF₆ blanding med højere dielektrisk styrke; vælg lavtab, højkonduktivitet materiale (f.eks. Cu/Al) til skjoldning; optimér busbarlængde og kapacitance for at dæmpe VFTO-amplitude.

• Strukturelle forbedringer: Udform ledere og skjold geometrier for at reducere elektrisk feltkoncentration; forbedr isolator understøttelsesdesign for ensartet feltdistribution; implementer kontrolleret afbryderoperationshastigheder og tilføj snubberkredsløb for at absorbere kortvarig energi.

• Vibrationskontrol: Installér hydrauliske demper eller fjeder i driftmekanismer; brug gummi-dempere mellem GIS og fundament; forbedr kontakt overfladepræcision for at minimere påvirkningskræfter.

2.2 Forbedret skjoldning og jordning

• Skjerming: Omslut følsomt sekundærudstyr (f.eks. relæer, kommunikationsenheder) i ledende kabinetter (galvaniseret stål/aluminium) med tætede søm. Brug skjoldede eller dobbelt-skjoldede kabler med korrekt terminering; anvend filtrerede forbindelser og maskeplader på ventilatoråbninger. For korte kabler (<10 m), brug enkelt-punkt jordning; for længere strækninger, anvend fler-punkt jordning for at minimere inducerede spændinger.

• Jordning: Oprethold jordningsmodstand ≤4 Ω. I høj-resistivitet jord, udrul forbundne jordningsnet med lodrette stænger. Brug enkelt-punkt jordning til analoge kredsløb og fler-punkt jordning til digitale/højfrekvens systemer. Optimer gridlayout (f.eks. rektangulært maske med krydsforbindelse elektroder) for at sikre ensartet strømfordeling og lave potentiafgange.

2.3 Filtrering og undertrykkelsesteknologier

• Filtre: Installér strømforsyningsfiltre ved indgange til sekundærudstyr for at blokere højfrekvens støj. Anvend digitale signal filtreringsalgoritmer for at forbedre dataintegritet i kommunikationskanaler.

• Overstrømningssikring: Installer ZnO arresterer nær sekundærudstyr for at klampe VFTOs og afbrydelsesspark. Brug overstrømningssikringsenheder (SPD) på signal- og kommunikationslinjer for at lede kortvarige energier til jorden, hvilket sikrer stabil svag-signaltransmission.

2.4 Forstærket hårdning af sekundærudstyr

• Hardwarebeskyttelse: Forstærk monteringsbrædder med tykkere stål og yderligere stivelementer. Isoler udstyr ved hjælp af gummi-montering eller to-trins vibrationsisolatorer. Sikr PCB'er med tykkere substrater, kanthed fastgørelse og demperplader. Potentielle komponenter (f.eks. IC'er, relæer) i kapsling eller elastiske holdelementer for at undgå løsning. Undgå lange, smalle spor for at reducere risikoen for brud.

• Softwarebeskyttelse: Implementer checksums og fejlrettende koder (ECC) for at opdage/korrigerer datakorruption. Indsæt "NOP" (ingen operation) instruktioner i firmware for at tillade gendannelse fra EMI-induceret programhopper, der forebygger dødløb og forbedrer systemets robusthed.

3.Konklusion
En grundig forståelse af, hvordan GIS-frakoblernes drift påvirker sekundærudstyr, viser, at omfattende afbødningstrategier er afgørende for nettiliabiliteten. Under design, konstruktion og drift af strømsystemer skal elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) mellem GIS og sekundære systemer prioriteres. Ved at integrere strukturel optimering, robust skjerming/jordning, avanceret filtrering og hardware/software-hårdning, kan de negative effekter af frakoblingsinduceret transitorer, EMI og vibration effektivt minimeres—hvad sikrer sikrere, mere pålidelig og robust strømforsyning.